Технологические процессы горячей объемной штамповки.

5.1. Алгоритм проектирования технологических процессов объемной штамповки достаточно широко представлен в специальной литературе [4,8] и содержит следующие основные этапы:

- экспертная оценка возможного использования алюминиевых сплавов взамен стали, чугуна и тяжелых цветных металлов и сплавов;

- анализ конструкции детали и оценка ее технологичности;

- разработка чертежа штампованной поковки в соответствии с ГОСТ7505-89 и отраслевыми стандартами;

- установление операций и переходов и выбор термомеханических режимов штамповки;

- выбор оборудования и проектирование штамповой оснастки;

- составление и оформление технологической карты с нормированием времени штамповки и указанием средств контроля качества поковки.

5.2. Разделка исходных полуфабрикатов (слитков, прутков, труб и профилей) на заготовки.

Основными способами разделения исходных полуфабрикатов из алюминиевых сплавов на штучные заготовки для холодной и горячей объемной штамповки являются отрезка на ленточных и дисковых пилах, сдвиговая отрезка на пресс-ножницах и в специальных штампах , плазменно-дуговая резка [10].

5.2.1. Резка на пилах позволяет получать ровные торцы на отрезаемой заготовке и    перпендикулярные к ее оси. Пилы подразделяются на дисковые и ленточные. Дисковые пилы имеют диаметр диска от 200 до 800 мм. При диаметре диска 800 мм можно производить резку прутков и слитков до 300-350 мм. На ленточных пилах можно разрезать слитки любого диаметра, а прутки и трубы малых диаметров сразу несколько штук в пакете, в результате чего увеличивается производительность.

Допуски на длину заготовки до 300 мм составляют + 0,8 мм. Производительность резки на пилах при диаметре прутка равным 100 мм составляет до 50 штук заготовок в час. Стойкость ленточной пилы (до износа и ее замены) до 5 м²  суммарной площади поперечных сечений заготовок.

При резке на дисковых пилах получается отход металла на пропил толщиной от 3 до 8 мм, а на ленточных пилах от 0,8 до 2,5 мм. Такие параметры резки являются удовлетворительными применительно к мелкосерийному и серийному производству.

5.2.2. Разрезку на пресс-ножницах и в штампах на универсальных кривошипных прессах следует применять в массовом производстве в основном для «твердых» алюминиевых прутков (Д16Т, ДIT, АК6TI, В95TI и др.). Эти ограничения связаны с тем, что кромки ножей сминают металл и срезают на глубину С, (рис. 7) после чего происходит хрупкое разрушение металла. Внедрение ножей сопровождаются утяжкой соседних участков металла.

Рис. 7. Схема сдвиговой резки прутка и торцы среза:

1- зоны смятия металла Е, Е¹ (проекция на диаметральное сечение); 2 – зоны скола металла от развивающихся трещин; 3 – зоны внедрения ножей и среза металла на высоту С (блестящий поясок); 4 – зоны утяжки металла

Хрупкое разрушение металла возникает в результате большой концентрации напряжений в зонах пластического среза, от кромок ножей образуются идущие навстречу друг другу трещины, которые сходятся в одну только при определенном зазоре между ножами ∆. Практически зазор ∆ находится в пределах 2-4% от толщины (диаметра) разрезаемого прутка. Разделение прутков из менее «твердых» сплавов требует использования схемы резки с осевым подпором прутка определенной силы с целью обеспечения условий всестороннего сжатия в зоне реза. Такой прием реализуется в специальных штампах [4, 10].

Неперпендикулярность торцов заготовки исправляется осадкой перед штамповкой.

5.2.3. Плазменно-дуговая резка может быть применена при разрезке плит. Резка выполняется                        струей плазмы, т.е. струей сильно ионизированного газа при температур 10000-30000⁰С.

Плазменно-дуговая резка более экономична, чем резка пилами. Можно резать любой металл толщиной до 300 мм. Наибольший эффект получается при резке высокопрочных тугоплавких сталей и сплавов, а также медных и алюминиевых сплавов. Производительность резки зависит от толщины металла. При толщине металла 300 мм она составляет 150 см² в минуту [10].                                                                                        

К серьезному недостатку этого способа резки следует отнести необходимость установки вытяжных устройств для удаления продуктов сгорания, загрязняющих воздушную среду.

При определенных условиях могут быть применены и другие способы разделения исходных заготовок: холодная ломка, обкатка клиновым инструментом, лазерная и электроэрозионная резка, а так же образивно-водяная.

5.3. Температурный интервал горячей объемной штамповки.

Температурный интервал штамповки определяется верхней конечной температурой, до которой следует нагреть металл и нижней температурой, при которой следует заканчивать штамповку.

Нагрев заготовок из алюминиевых сплавов предпочтительно производить в электропечах с экранированными нагревательными элементами и принудительной циркуляцией газовой среды. Перепад температур в рабочей зоне не должен превышать 15-25⁰С.

Время нагрева заготовок устанавливается в зависимости от диаметра или толщины заготовки из расчета 0,8-1 мин. на 1 мм диаметра или толщины для заготовок диаметром или толщиной до 100 мм. Время нагрева отсчитывается с того момента, когда температура воздуха в печи станет равной нижнему пределу температурного интервала штамповки сплава.

Температурные интервалы штамповки приведены в таблице 2.

Таблица 2.